观察者模式
观察者模式（Observer Pattern）是一种行为型设计模式，用于定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生变化时，所有依赖它的对象都会收到通知并自动更新。它常用于事件驱动系统，如 GUI 框架、发布-订阅系统等。
观察者模式的组成
观察者模式通常包含以下几个角色：
- 主题（Subject）：被观察的对象，维护一组观察者，提供添加、删除观察者的方法，并在状态变化时通知所有观察者。
- 观察者（Observer）：接收主题状态变化通知的对象，通常定义一个更新方法（如
update()）。 - 具体主题（Concrete Subject）：主题的具体实现，存储状态并在状态变化时通知观察者。
- 具体观察者（Concrete Observer）：观察者的具体实现，定义状态更新后的具体行为。
工作原理
- 观察者向主题注册，表明自己需要接收状态变化通知。
- 主题状态发生变化时，调用通知方法，遍历所有注册的观察者，调用它们的更新方法。
- 观察者收到通知后，根据主题的状态执行相应的逻辑。
UML 类图
┌────────────────┐ ┌────────────────┐
│ Subject │ │ Observer │
├────────────────┤ ├────────────────┤
│ observers │<----->│ update() │
│ attach() │ └────────────────┘
│ detach() │
│ notify() │
└────────────────┘
↑
┌────────────────┐ ┌────────────────┐
│ConcreteSubject │ │ConcreteObserver│
├────────────────┤ ├────────────────┤
│ state │ │ state │
│ getState() │ │ update() │
└────────────────┘ └────────────────┘代码示例（以 Java 为例）
以下是一个简单的观察者模式实现，模拟新闻发布系统：
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
// 观察者接口
interface Observer {
void update(String message);
}
// 具体观察者：订阅者
class Subscriber implements Observer {
private String name;
public Subscriber(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public void update(String message) {
System.out.println(name + " 收到新闻: " + message);
}
}
// 主题接口
interface Subject {
void attach(Observer observer);
void detach(Observer observer);
void notifyObservers();
}
// 具体主题：新闻机构
class NewsAgency implements Subject {
private List<Observer> observers = new ArrayList<>();
private String news;
@Override
public void attach(Observer observer) {
observers.add(observer);
}
@Override
public void detach(Observer observer) {
observers.remove(observer);
}
@Override
public void notifyObservers() {
for (Observer observer : observers) {
observer.update(news);
}
}
public void setNews(String news) {
this.news = news;
System.out.println("新闻更新: " + news);
notifyObservers();
}
}
// 测试代码
public class Main {
public static void main(String[] args) {
NewsAgency agency = new NewsAgency();
// 创建观察者
Subscriber sub1 = new Subscriber("张三");
Subscriber sub2 = new Subscriber("李四");
// 注册观察者
agency.attach(sub1);
agency.attach(sub2);
// 发布新闻
agency.setNews("今天是晴天！");
// 移除一个观察者
agency.detach(sub1);
// 发布新新闻
agency.setNews("明天有雨！");
}
}输出：
新闻更新: 今天是晴天！
张三 收到新闻: 今天是晴天！
李四 收到新闻: 今天是晴天！
新闻更新: 明天有雨！
李四 收到新闻: 明天有雨！观察者模式的特点
- 优点：
- 支持一对多的依赖关系，主题和观察者松耦合。
- 动态添加或移除观察者，灵活性高。
- 符合“开闭原则”，易于扩展新观察者。
- 缺点：
- 如果观察者数量过多，通知过程可能耗时。
- 观察者与主题间可能存在循环依赖，导致系统复杂化。
- 观察者需要自行处理更新逻辑，可能增加维护成本。
使用场景
- 当一个对象的状态变化需要通知其他对象，且这些对象是动态变化的：
- 事件监听系统（如 GUI 按钮点击事件）。
- 发布-订阅系统（如消息队列、新闻订阅）。
- 实时数据监控（如股票价格更新）。
- 需要实现松耦合的事件处理机制。
注意事项
- 通知机制：可以采用同步或异步通知，异步通知可提高性能但需注意线程安全。
- 弱引用：为避免内存泄漏，可使用弱引用存储观察者。
- 状态传递：通知时可以传递主题的完整状态或仅传递变化的部分，视需求而定。
- 与发布-订阅模式的区别：观察者模式中主题和观察者直接关联，而发布-订阅模式通常通过中间件（如消息代理）解耦。
总结
观察者模式通过建立主题与观察者间的松耦合关系，实现了状态变化的动态通知，广泛应用于事件驱动的场景。它在 GUI 框架、消息系统和实时监控中非常实用，但在设计时需注意通知效率和依赖管理，以避免性能或复杂度问题。